優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)降低認(rèn)知負(fù)荷

趙永忠

摘要：認(rèn)知負(fù)荷理論告訴我們，認(rèn)知負(fù)荷由內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷、外在認(rèn)知負(fù)荷和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷組成.教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)材料的特點(diǎn)和學(xué)生的認(rèn)知水平有關(guān)，外在認(rèn)知負(fù)荷與教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式和教學(xué)設(shè)計(jì)水平有關(guān)，相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷與學(xué)生的認(rèn)知努力有關(guān).初中物理的比熱容，是學(xué)生在生活中不易觸及的物理概念，又是一個(gè)比較抽象學(xué)生難以理解的概念.因此在比熱容學(xué)習(xí)中，學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷沉重.在教學(xué)中，老師只有優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)，降低認(rèn)知負(fù)荷，才能提高教學(xué)效果.

關(guān)鍵詞：比熱容；認(rèn)知負(fù)荷；吸熱能力

比熱容是初中物理較為抽象的概念，它的外延廣，與質(zhì)量、溫度的變化、吸收（或放出）的熱量三個(gè)物理量有關(guān).初中學(xué)生第一次學(xué)習(xí)和三個(gè)物理量有關(guān)的概念，材料組織的無序和分析方式的多樣，使學(xué)生感覺學(xué)習(xí)過程特別復(fù)雜，毫無頭緒；同時(shí)，在建立比熱容概念的實(shí)驗(yàn)過程中，參雜著加熱時(shí)間和溫度概念的混淆；理解比熱容時(shí)，又有升溫快慢及吸熱能力的辨析，再加上對(duì)學(xué)生前經(jīng)驗(yàn)要求比較高.所有這些，對(duì)初中生比熱容的學(xué)習(xí)造成了沉重的認(rèn)知負(fù)荷.雖然學(xué)習(xí)材料引起的內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是不可避免的，但在比熱容的教學(xué)中，如果老師認(rèn)真研究各個(gè)知識(shí)元素的內(nèi)在關(guān)系，認(rèn)真研究學(xué)生的認(rèn)知水平，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，最大限度地降低阻礙學(xué)習(xí)的外在認(rèn)知負(fù)荷、優(yōu)化促進(jìn)學(xué)習(xí)的相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，促進(jìn)學(xué)生對(duì)比熱容的內(nèi)化和理解，不難達(dá)到理想的學(xué)習(xí)效果.下面談?wù)勗诒葻崛萁虒W(xué)中，筆者降低認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)體會(huì)：

1合理地問題引導(dǎo)展開探究

課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比熱容的要求是：通過實(shí)驗(yàn)，了解比熱容，嘗試用比熱容說明簡單的自然現(xiàn)象.真正掌握比熱容，就要從比熱容概念的理解入手，課本探究實(shí)驗(yàn)就是為引入、理解比熱容概念而創(chuàng)設(shè).因此課堂在展開探究時(shí)，應(yīng)遵從學(xué)生認(rèn)識(shí)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使探究和學(xué)生認(rèn)識(shí)思維產(chǎn)生共鳴.

首先，實(shí)驗(yàn)探究課題應(yīng)恰當(dāng)，問題接近學(xué)生，蘇科教材的探究課題“比較不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”，比較貼近學(xué)生的生活，能激發(fā)學(xué)生解決問題的意識(shí).而很多教材用“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”、“探究不同物質(zhì)的吸熱本領(lǐng)一樣嗎？”、“探究物質(zhì)的比熱容”等等作為探究課題，完全脫離了學(xué)生的生活實(shí)際，會(huì)大大挫傷學(xué)生探究的熱情，因?yàn)椤拔鼰釂栴}”、“吸熱能力”、“比熱容”比較抽象，學(xué)生實(shí)際生活體驗(yàn)是吸熱升溫的多少，對(duì)“吸熱能力”、“比熱容”等概念根本沒有感覺，雖然很多老師用生活中熟知的容器的橫截面等來類比，但學(xué)生思維轉(zhuǎn)換太多，加大了學(xué)生探究的難度，增加了學(xué)生內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，不利于學(xué)生思維的順利發(fā)展.

其次，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生生活體驗(yàn)，采用這樣的問題串引導(dǎo)：①生活中有吸熱升溫現(xiàn)象嗎？②燒水時(shí)，一壺水和半壺水哪個(gè)升溫更快？③燒水時(shí)，大火還是小火加熱水哪個(gè)升溫更快？④你認(rèn)為“比較不同物質(zhì)吸熱升溫現(xiàn)象”時(shí)，應(yīng)如何控制物理量？⑤實(shí)驗(yàn)時(shí)，吸收的熱量如何“測量”？前四個(gè)遞進(jìn)式的問題，通過生活中燒水實(shí)例，讓學(xué)生為實(shí)驗(yàn)的控制變量做鋪墊；第五個(gè)問題為理解教材介紹的轉(zhuǎn)換法而設(shè)，用相同的酒精燈分別對(duì)沙子和水加熱，這樣可認(rèn)為在相等時(shí)間內(nèi)被沙子和水吸收的熱量相等，我們用酒精燈加熱時(shí)間的長短來反映沙子和水吸熱的多少，即通過測量加熱時(shí)間間接“測量”吸收的熱量，這樣可避免學(xué)生在建構(gòu)比熱容定義時(shí)，被加熱時(shí)間糾纏而誤入歧途.這樣的問題串，從學(xué)生生活出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生的思維自然、順利地進(jìn)入探究模式.

2系統(tǒng)地組織素材建立概念

物質(zhì)的比熱容反映了不同物質(zhì)的吸熱能力，但學(xué)生對(duì)吸熱能力沒有真正的感知.在課堂教學(xué)中，教師若直接通過吸熱能力來建立比熱容概念，難以讓學(xué)生真正理解比熱容，無法激活學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)氣氛沉悶，學(xué)生思維壓抑，學(xué)生只是木偶被老師牽引著完成教學(xué)，大部分學(xué)生無法對(duì)比熱容有真正的認(rèn)識(shí)，更談不上理解.課堂教學(xué)應(yīng)以學(xué)生生活體驗(yàn)為基礎(chǔ)，既要能點(diǎn)燃學(xué)生探究學(xué)習(xí)的熱情，更要保護(hù)學(xué)生的這種熱情.所以教學(xué)要循序漸進(jìn)，不能一個(gè)大跨度澆滅學(xué)生熱情的火焰.在比熱容概念建立時(shí)，可以分兩步走，即緊緊抓住比熱容的兩個(gè)特性展開教學(xué).首先通過探究“比較不同物質(zhì)吸熱升溫的現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論一：質(zhì)量相等的不同物質(zhì)，吸收相同的熱量，升高的溫度不同.即比熱容的第一特性：反映不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢.同時(shí)老師解釋“升溫快慢”的真實(shí)內(nèi)涵，以免學(xué)生的思維固化在加熱時(shí)間上；然后討論三個(gè)問題：問題一，若要使質(zhì)量相同的水、沙子升高相同的溫度，兩者加熱時(shí)間會(huì)有什么不同？問題二，此時(shí)水和沙子，誰吸熱多？誰吸熱能力強(qiáng)？學(xué)生不難得出對(duì)水加熱的時(shí)間長，水吸收熱量多，水吸熱能力強(qiáng).這樣就得出結(jié)論二：質(zhì)量相等的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不同.即比熱容的第二個(gè)特性：反映不同物質(zhì)的吸熱能力.學(xué)生經(jīng)歷了從熟悉的“吸熱升溫快慢”到“吸收熱量的多少”上升到“吸熱能力的強(qiáng)弱”，逐漸對(duì)比熱容有清楚的了解，為比熱容概念的建立提供了有力的保障.接著老師拋出第三個(gè)問題：不同質(zhì)量的水和沙子（例如水2kg，沙子3kg），升高不同溫度（例如水升高2℃，沙子升高6℃），若吸收的熱量都是Q，吸熱能力一樣嗎？如何科學(xué)地比較不同物質(zhì)的吸熱能力？學(xué)生自然有思考，即便思考的不完善，也能通過老師的點(diǎn)撥明白自己的缺陷加以糾正，這樣學(xué)生不僅了解了比值法定義的內(nèi)涵，而且對(duì)比熱容有深刻的理解.在比熱容生活應(yīng)用分析時(shí)，我們也不能滿足于 “水的比熱大”、“××的比熱容小”這樣無思維的答案，引導(dǎo)學(xué)生以兩個(gè)特性作為分析的基點(diǎn)：即從吸熱升溫快慢和吸熱能力強(qiáng)弱兩方面解釋.當(dāng)學(xué)生的分析思路變得熟練，甚至成為一種直覺之后，比熱容概念就真正的理解了.

3科學(xué)地研讀教材優(yōu)化設(shè)計(jì)

《比熱容》是一次較完整的探究活動(dòng)，全面體現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)探究活動(dòng)的過程要求，不僅涉及實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、裝置的選取、操作時(shí)組員間的分工與合作等等實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，同時(shí)又要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定義比熱容，理解比熱容.教學(xué)內(nèi)容多，內(nèi)涵深、思維活，因此教材這種課程資源提供給教師的創(chuàng)造空間很廣闊，老師如能在深刻領(lǐng)會(huì)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，科學(xué)地研讀教材，對(duì)教材進(jìn)行擴(kuò)充、取舍和重組，優(yōu)化課堂，也一定可以降低學(xué)生課堂認(rèn)知負(fù)荷.

為讓學(xué)生理解比熱容的概念，蘇科版教材對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，采用了圖像分析的方法，這樣固然提供給學(xué)生一種處理數(shù)據(jù)的方法和手段，但就本課的教學(xué)特點(diǎn)，這不是一種明智的選擇.首先，這樣教材處理成效不顯著.實(shí)際教學(xué)中，由于熱量的損失明顯，沙子的受熱不均勻，學(xué)生操作不熟練等等，使得到的溫度——時(shí)間的圖像不是理想的直線，用這樣圖像分析就失去了它的價(jià)值，甚至由于直觀的圖像，還讓學(xué)生對(duì)比熱容產(chǎn)生錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)；其次，偏離了本課的重點(diǎn).雖然描點(diǎn)畫圖是學(xué)生的一個(gè)基本技能，但不宜在本課鞏固，本課的教學(xué)重點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)比熱容，用比熱容解釋生活現(xiàn)象.比熱容的課堂動(dòng)腦應(yīng)多于動(dòng)手，應(yīng)多留時(shí)間給學(xué)生思考、理解概念，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)比值法定義比熱容的思維過程，多解決學(xué)生思維中的困惑.教學(xué)中可采用這樣的方式：用表格數(shù)據(jù)分析得出兩結(jié)論，建立概念；用圖像認(rèn)識(shí)比熱容特性.實(shí)驗(yàn)中，沙子很難得到理想的圖像，但水溫變化的圖像很理想.因此，在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，將全班同學(xué)分成八個(gè)小組.實(shí)驗(yàn)前，精心為每個(gè)小組選擇火焰大小基本相同的酒精燈；盛水和沙子的易拉罐型號(hào)相同而且質(zhì)量相同；四個(gè)小組水和沙子質(zhì)量均為100g；另四個(gè)小組水和沙子質(zhì)量均為200g；老師在電腦中設(shè)置好eTPel畫圖模板.將學(xué)生100g水和200g水加熱時(shí)溫度變化的數(shù)據(jù)填入eTPel的表格，這時(shí)可立即生成如圖1所示的圖像（這是本人上課時(shí)選取的兩組學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）.從圖像發(fā)現(xiàn)：質(zhì)量相同的水升高的溫度和加熱時(shí)間（即吸收的熱量）成正比；升高相同的溫度，200g水吸收的熱量約是100g水吸收熱量的兩倍.說明對(duì)于水，不管質(zhì)量相同還是不同，升高溫度相同還是不同，Q/（m·Δt）是一個(gè)定值，即同種物質(zhì)的比熱容相同，與質(zhì)量、升高溫度和吸收的熱量無關(guān).

認(rèn)知負(fù)荷理論告訴我們：影響認(rèn)知負(fù)荷的基本因素有三個(gè)，即學(xué)習(xí)材料的組織和呈現(xiàn)方式、學(xué)習(xí)材料的復(fù)雜性和個(gè)體的專長水平（即先前知識(shí)經(jīng)驗(yàn)）.比熱容教學(xué)中，教師通過合理地問題引導(dǎo)、系統(tǒng)地組織素材、科學(xué)地研讀教材，優(yōu)化了教學(xué)材料呈現(xiàn)方式，將教材特點(diǎn)與學(xué)生認(rèn)知水平融合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，控制內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷，降低外在認(rèn)知負(fù)荷，提高相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷，促使學(xué)生合理地利用有限的認(rèn)知資源，就能達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果.如果教師在平時(shí)教學(xué)中，能不斷分析學(xué)生的認(rèn)識(shí)負(fù)荷，降低身段，從學(xué)生角度來思考，優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)，這必然可以降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷，使學(xué)生學(xué)得輕松愉快.

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